2半导体二极管
第二讲 半导体二极管及应用
导通:u 导通 D=Uon+ID×rD 截止: 截止 iD=0
2、交流小信
Q
UD
ID
id
+
id
+ -
uD =UD +ud
uD
-
rd
ud
交流小信号模型
当在二极管的工作点上叠加有低频交流小信号电压ud时， 只要工作点选择合适， 足够小，可将Q点附近的伏安特性 只要工作点选择合适，且ud足够小，可将 点附近的伏安特性 线性化)， 曲线看成直线(线性化 曲线看成直线 线性化 ，则交流电压与电流之间的关系可用一 来近似。 个线性电阻rd来近似。 rd ——工作点处的交流电阻。 rd = UT / ID 工作点处的交流电阻。 ★注意：小信号模型只能反映交流电压和电流之间的关系， 注意：小信号模型只能反映交流电压和电流之间的关系， 不能反映总的电压与电流的关系。 不能反映总的电压与电流的关系。
3、二极管的伏安特性曲线与材料和温度的关系： 二极管的伏安特性曲线与材料和温度的关系： iD 锗 硅 iD 80 20
0
uD
0
uD
材 料 硅 锗
导通 反向饱 开启 电压 压降 和电流 0.5V 0.6~0.8V <1A 0.1V 0.2~0.3V 几十 几十A
温度升高， 增大(1倍 ° 温度升高， IS增大 倍/10°C) 下降， 温度升高， 温度升高，Uon下降， 正向曲线左移2~2.5mV/ °C。 正向曲线左移 。
IZ
电击穿有两种： 电击穿有两种： 雪崩击穿 齐纳击穿
击穿 低掺杂的 高掺杂的 结 结 原因 PN结， PN结，价 价电子被 电子被场 碰撞电离 致激发 如果反向击穿时，电流过大， 如果反向击穿时，电流过大，使 >6V <4V 击穿 管子消耗的平均功率超过二极管 电压 容许值，会使管子过热而烧毁， 容许值，会使管子过热而烧毁， >0 <0 温度 为不可逆击穿。 称为热击穿，为不可逆击穿。 电击穿可利用，热击穿需避免。 *电击穿可利用，热击穿需避免。 系数
第02章 半导体二极管及基本电路
一、N 型半导体：
N型
电子为多数载流子
+4 +4 +4
空穴为少数载流子
+4 +5 +4 自由电子
磷原子 施主原子
载流子数 电子数
N型杂质半导体的特点：
1、与本征激发不同，施主原子在提供多余电子的同时 并不产生空穴，而成为正离子被束缚在晶格结构 中，不能自由移动，不起导电作用。
2、在室温下，多余电子全部被激发为自由电子，故N
特性 符号及等效模型：
iD
uD
S
S
正向偏置时： 管压降为0，电阻也为0。 反向偏置时： 电流为0，电阻为∞。
正偏导通，uD = 0； 反偏截止， iD = 0 R =
二、二极管的恒压降模型
iD U (BR) URM O IF uD
iD UD(on) uD
uD = UD(on)
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
iD 急剧上升
死区 电压
UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管 0.7 V (0.1 0.3) V 锗管 0.2 V iD = IS < 0.1 A(硅) 几十 A (锗) 反向电流急剧增大 (反向击穿)
U(BR) U 0 U < U(BR)
反向击穿类型： 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。 热击穿 — PN 结烧毁。 反向击穿原因： 齐纳击穿： 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (Zener) (击穿电压 < 6 V) 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 雪崩击穿： 使自由电子数突增。 (击穿电压 > 6 V)
t
例: ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。 1、 0.7 V < ui < 0.7 V
半导体二极管简介
详细描述
在信号调制与解调过程中，二极管用于实现信号的振幅调制、频率调制和相位调制等，以适应不同的通信需求和 传输方式。
03
半导体二极管的发展历程
晶体管的发明
1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利 、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿发明了晶 体管，这是电子技术历史上的一个重 大突破。
能效问题
总结词
能效问题是半导体二极管面临的主要挑 战之一，它影响了设备的性能和运行时 间。
VS
详细描述
随着技术的不断进步，对半导体二极管的 能效要求越来越高。由于二极管在转换电 能时存在一定的能量损失，因此提高能效 成为了亟待解决的问题。为了解决这一问 题，科研人员不断探索新的材料和工艺， 以提高二极管的转换效率和稳定性。
04
现代半导体二极管的设计更加注重性能、可靠性和集成度等方面，使 得半导体二极管的应用范围更加广泛。
04
半导体二极管的市场前景
半导体二极管的市场前景
• 半导体二极管是一种电子器件，它只允许电流在一个方向上流 动。由于其独特的单向导电性，二极管在各种电子应用中发挥 着关键作用。
05
半导体二极管的挑战与解决方 案
制造成本问题
总结词
制造成本是影响半导体二极管广泛应用的关键因素之一，降低制造成本有助于提高其市 场竞争力。
详细描述
随着技术的不断进步，半导体二极管的制造成本逐渐降低，但仍面临成本高昂的问题。 为了降低制造成本，科研人员不断探索新的制造工艺和材料，以提高生产效率和降低成 本。此外，政府和企业也加大对半导体二极管产业的扶持力度，推动其向更广泛的应用
可靠性问题
总结词
半导体二极管的类型
半导体二极管的类型半导体二极管的类型及其特性半导体二极管是电子工程中的基础元件，广泛应用于各种电子设备中。
了解不同类型的半导体二极管以及其特性对于电子工程师和设计师至关重要。
本文将详细介绍几种常见的半导体二极管类型及其主要特性。
一、普通二极管普通二极管是最基本的半导体二极管，由P型半导体和N型半导体组成。
它具有单向导电性，即只允许电流从一个方向流过。
正向偏置时，二极管导通，电阻较小；反向偏置时，二极管截止，电阻极大。
普通二极管常用于整流、检波和开关等电路。
二、发光二极管（LED）发光二极管是一种能够将电能转化为光能的特殊二极管。
当LED正向偏置时，电子与空穴复合释放出能量，激发荧光物质发光。
LED具有发光效率高、寿命长、体积小等优点，广泛应用于显示器、照明、指示器等领域。
三、稳压二极管（Zener Diode）稳压二极管是一种利用PN结反向击穿特性实现电压稳定的特殊二极管。
当反向电压达到稳压值时，稳压二极管进入击穿状态，保持电压基本不变。
稳压二极管具有稳定电压、响应速度快等优点，常用于电压稳定器、过电压保护等电路。
四、肖特基二极管（Schottky Diode）肖特基二极管是一种采用金属与半导体接触形成的结构，具有低功耗、快速开关速度和高频特性。
与普通二极管相比，肖特基二极管的反向漏电流较大，但正向压降低，适用于高频整流、检波、开关等电路。
五、光电二极管（Photodiode）光电二极管是一种能够将光能转化为电能的特殊二极管。
当光照射到光电二极管上时，光子激发半导体内的电子，产生电流。
光电二极管具有灵敏度高、响应速度快等优点，广泛应用于光通信、光电检测等领域。
总结：半导体二极管作为电子工程中的基础元件，具有多种类型，每种类型都有其独特的特性和应用场景。
普通二极管实现基本的整流和开关功能；发光二极管将电能转化为光能，为显示和照明领域提供支持；稳压二极管实现电压稳定，保护电路免受电压波动影响；肖特基二极管适用于高频电路，提高电路性能；光电二极管实现光能与电能的转换，为光通信和光电检测等领域提供解决方案。
半导体二极管及其基本应用
半导体二极管及其基本应用1. 二极管是什么？说到二极管，大家可能会想，“这玩意儿是什么？吃的吗？”其实，二极管是个小小的电子元件，但它的作用可大得很！简而言之，二极管就像个单行道，电流只能朝一个方向走，通俗点说，它让电流变得有规矩。
不论是在家里的电子产品里，还是在我们身边的各种科技设备中，二极管几乎无处不在。
听起来神秘，其实它在我们生活中默默无闻地工作着。
那么，二极管是怎么工作的呢？想象一下，一个人站在一个门口，门只能向一个方向打开，外面的人想进来，就得从这扇门走，反之则不行。
这就是二极管的基本原理。
它能让电流顺利通过，但一旦反向，它就会坚决拒绝，像个守门员一样把电流挡在外面。
1.1 二极管的类型当然，二极管可不是单一品种，市场上有各种各样的二极管，就像水果摊上的水果一样多。
例如，有普通的硅二极管，广泛应用于各种电路中；还有整流二极管，专门负责把交流电转换成直流电，就像把河水引入小渠里，确保水流顺畅。
再比如发光二极管（LED），它不仅能导电，还能发光，真是个“能发光的好家伙”，让我们的小夜灯亮起来，简直是黑夜里的小明星。
1.2 二极管的特点谈到二极管的特点，首先要提的是它的“单向导电性”。
就像一个不喜欢麻烦的人，只有在合适的情况下才会敞开心扉。
其次，二极管的反向击穿电压也很有意思。
当电压达到某个临界值时，二极管就像忍不住了，突然间放开了电流，虽然这在大多数情况下不是好事，但有时候却能拯救一些电路的生命。
还有，就是它的“恢复时间”，二极管在电流切换时的表现，也决定了它的应用场合。
2. 二极管的基本应用说了这么多，二极管到底有什么用呢？这可是个大问题，接下来我们就来聊聊它的一些基本应用。
2.1 整流电路首先要提的就是整流电路。
整流电路的任务就是把交流电转换成直流电。
你知道吗，家里的电器大部分都需要直流电，比如手机充电器、电脑等。
如果没有二极管，交流电就会让这些电器“崩溃”，简直就是电器界的“天塌下来了”。
半导体二极管工作原理
半导体二极管工作原理
半导体二极管是一种基本的电子器件，其工作原理基于真空二极管的热阴极和阳极间的电子流动现象。
半导体二极管由P
型和N型半导体材料构成，形成一个PN结。
在PN结中，由于P型半导体内含有多余的空穴（正电荷载体），而N型半导体内含有多余的自由电子（负电荷载体）。
当N型半导体接触到P型半导体时，多余的自由电子和空穴
会进行扩散。
由于自由电子迁移到P区，形成负离子，而空
穴迁移到N区，形成正离子。
这就导致PN结的两侧形成了一个带有固定电荷的区域，称为耗尽层。
当外加一个电压到二极管时，如果正电压加在P区，而负电
压加在N区，这就称为正向偏置。
在正向偏置下，正电压将
加速电子和空穴的运动。
自由电子将迁移到P区，而空穴将
迁移到N区，这样当电流通过二极管时，电子就会在PN结处再次重组，产生电子空穴对，并且继续流动到外部电路。
因此，二极管在正向偏置下成为导电状态，也被称为ON（导通）状态。
相反地，如果负电压加在P区，而正电压加在N区，这称为
反向偏置。
在反向偏置下，负电压阻止了电子和空穴的运动，这使得电流无法通过PN结。
因此，二极管在反向偏置下处于
非导电状态，也被称为OFF（截止）状态。
总之，半导体二极管的工作原理基于PN结的形成和正反向偏
置下电子和空穴的运动。
这使得二极管可以用作整流、变压、开关和放大等许多电子电路中的基本组件。
chap2 半导体二极管及其基本电路
2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构类型 2.3.2 半导体二极管的伏安特性曲线 2.3.3 半导体二极管的参数
2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构类型
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二 极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大 PN结面积小，结电容小 类。它们的结构示意图如图所示。 (1) 点接触型二极管— 用于检波和变频等高频电路。
2.2 PN结
PN结加正向电压时的导电情况
外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内 电场方向相反，削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散 运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移 电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
PN结加正偏
2.2 PN结
PN结加反向电压时的导电情况
2.1.3 本征半导体及其导电性
电子空穴对 当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自 由电子。当温度升高或受到光的照射时，价 电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核 的束缚，而参与导电，成为自由电子。（这 一现象称为本征激发） 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中 就出现了一个空位，原子的电中性被破坏， 呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相 等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。
P型半导体的结构示意图
2.1.4 杂质半导体
P型半导体
多数载流子：空穴（掺杂形成）
少数载流子：自由电子（ 本征激发形成） 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价 杂质 因而也称为受主杂质（接受电子）。P型半导体 的结构如图所示。
P型半导体的结构示意图
*2.1.5半导体的载流子运动和温度特性
半导体二极管及其应用
半导体二极管的应用
激光二极管
激光二极管是一种特 殊的半导体二极管， 它能够产生激光。激 光二极管具有高效率 、低阈值、以及可调 谐的优点，被广泛应 用于各种领域，如通 信、医疗、军事等
5
总结
总结
1
2
3
4
半导体二极管作为 电子学中的基础元 件，具有广泛的应
用领域
从整流器到开关， 从保护电路到激光 二极管，二极管都 发挥着关键的作用
7
结论
2024/7/2
结论
半导体二极管作为电子学中的基础元件，已经经历了漫长的发展历程。 从最初的硅发展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；从简单的整 流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领域。这些发展和变化 不仅反映了人类对电子学认识的不断深入，也展示了半导体二极管在 推动科技进步和经济发展中的重要作用
半导体二极管的历史与发展
发展
随着半导体技术的不断进步，半导体二极管的性能也不断提高。材料方面，从早期的硅发 展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；结构方面，从早期的点接触式发展到肖特基势 垒、PN结等结构；应用方面，从简单的整流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领 域 同时，人们也在不断探索新的二极管材料和结构，如碳化硅、氮化镓等新型半导体材料， 以及超导二极管等新型结构。这些新型材料和结构的应用将进一步推动半导体二极管的发 展，并带来更多的应用领域和市场机会
整流器
整流器是二极管的基本应用之一。通过利用 二极管的整流效应，可以将交流电转换为直 流电
半导体二极管的应用
开关
二极管可以作为开关 使用，用于控制电路 的通断。其快速的开 关速度和低功耗使得 它在各种开关电路中 得到广泛应用
半导体二极管的应用
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周测2 半导体二极管
一、单项选择题(每题2分,共20分)
（）1．二极管正向电阻比反向电阻________
A．大B．小C．一样大D．无法确定
（）2．二极管的导通条件________
A．V D>0B．V D>死区电压
C．V D>击穿电压D．以上都不对
（）3．晶体二极管内阻是________
A．常数B．不是常数
C．不一定D．没有电阻
（）4．电路如图所示,输出电压U O应为________
A．0,7V
B．3,7V
C．10V
D．0,3V
（）5．把一个二极管直接同一个电动势为1. 5V,内阻为零的电池正向连接,该二极管________ A．击穿B．电流为零
C．电流正常D．电流过大使管子铙坏
（）6．面接触器型晶体二极管比较适用于________
A．小信号检波B．大功率整流
C．大电流开关D．稳压电路
（）7．下面列出的几条曲线中哪条表示的理想二极管的状安特性曲线________
（）8．当晶体二极管的PN结导通后，则参加导电的是________
A．少数载流子B．多数载流子
C．既有少数裁流子又有多数载流子D．无法确定
（）9．硅二极管的导通电压是________
A．0.3V B．0.1V C．0.7V D．0.5V
（）10．二极管的伏安特性曲线反映的是二极管的关系曲线。
A．V D—I D B．V D—R D C．I D—R D D．F—I D
二、判断题(每题2分,共20分)
（）1．2AP系列品体管是硅半导体材料制成。
（）2．晶体二极管击穿后立即烧毁。
（）3．一般来说，硅晶体二极管的死区电压(门坎电压)小于储晶体二极管的死区电压。
（）4．二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定。
（）5．普通二极管正常使用时,不允许出现反向击穿现象。
（）6．二极管的内阻不是常数,所以其属于非线性器件
（）7．最大整流电流是指二极管长时间工作时允许通过的最大电流、
（）8．在反向截止区．随着反向电压的增加，反向电流迅速变大。
（）9．硅二极管比锗二极管的稳定性要好。
（）10．最高反向工作电压是指二极管正常使用时所允许加的反向电压。
三、填空题（每题2分，共20分）
1．硅二极管导通时的正向压降为________，锗二极管导通时的正向压降为________。
2．二极管的导电特性可分为________特性和________特性两部分。
3．根据管芯结构的不同，二极管可分为________接触型、________接触型和________型几种。
4．二极管处于反向偏置时，呈现的内阻________，可等效开关________。
5．二极管的反向饱和电流会随________升高而增大。
6．二极管的正向特性部分分为________区和________区。
7．2AP系列品体二极管是________半导体材料制成的，P代表是________。
8．二极管的主要参数是反映正向特性的________和反映反向特性的________。
9．二极管的伏安特性反映的是二极管的________关系曲线。
10．硅二极管的死区电压是________V，锗二极管的死区电压是________V。
四、简答题（每题5分，共20分）
1．绘出硅二极管和锗二极管的伏安特性曲线，井标出各区。
2．为什么说二极管是非线性器件。
3．选用二极管时主要考虑哪些参数，这些参数的含义。
4．为什么二极管可以作为一个开关案使用。
五、分析题（每题10分，共20分）
1．分析图示电路中，二极管是导通还是截止，并求输出AO两点间的电压值。
(设二极管为理想二极管)
2．图示电路中，二极管是导通还是截止,并求输出AO两点问的电压值。
(二极管的导通电压值为0.7V)。